矩形顶管管-土接触面状态及顶推力预估
发布时间：2022-01-01 06:41
天津地区采用较大直径的矩形顶管施工地铁车站出入口可借鉴的工程经验较为匮乏.考虑施工停顿、管体悬浮和减阻剂体积等因素的影响,提出了耦合有限差分法和顶力-顶程控制方法的顶推力计算模型,并应用于矩形顶管顶推力的预估.针对天津地层情况,采用该模型预估地铁车站出入口顶管施工中的顶力.现场试验与监测数据证明顶力预估模型的正确性,有助于顶管工作井后背墙的设计优化及长距离大直径顶管施工中继间的布置.
【文章来源】：东北大学学报(自然科学版). 2020,41(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
顶力-顶程控制方法流程
为了研究矩形顶管施工中顶推力的变化情况，采用有限差分软件FLAC3D建立数值模型，如图1所示，其上边界取至地面，下边界及两侧横向边界取到管体外边缘各5L(L为顶管外宽度)，沿顶管顶进方向轴线长度为30 m．结合现有地铁车站出入口通道的设计施工经验可知:管体泥浆套形成困难，顶推力计算值不准确等．利用数值模拟方法对施工经验相对匮乏的矩形顶管法出入口通道在顶进过程中的顶力进行预估，值得说明的是研究重点主要集中在顶管管体单元，而不是土体单元．采用实体单元模拟管节及土体，网格划分详见图1．垂直于顶进方向为x轴(0～77 m)，平行于顶进方向为y轴(0～30 m)，沿深度方向为z轴(0～30 m)．矩形顶管尺寸为6.9 m×4.2 m，壁厚为0.45 m，结合现有顶管机，同时可以满足常规地铁车站出入口功能．建立顶进方向(y)分别为1.5,6,9,15,21,24,30 m的7种计算模型并进行研究，将顶推力预估结果进行对比．具体模拟过程如下:(1)计算初始应力场;(2)将计算平衡后的位移、速度、塑性区清零以消除边界影响作为模拟的初始状态;(3)按照顶进1.5 m(每节管节)作为一个施工步，施加法向应力0.2 MPa，变化梯度为0.0125 MPa的注浆压力，然后移除注浆压力，并在注浆层和管节所在位置处激活单元并赋予参数;(4)在管节单元与在等代层单元间定义Interface单元，并赋予参数;(5)在首节管体横截面端部施加沿开挖方向大小为1 M Pa的顶推力．通过FLAC3D内嵌的FISH语言编程，实现顶力-顶程的控制，依次计算顶进全部管节．在实际工程中，主千斤顶油表实时显示顶推力值;管体是否顶进到目标位置都是施工中关注的重点，这与本文提出的顶力-顶程控制法的模拟思路是相符的．
剪切位移分布图
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑泥浆触变性和管土接触特性的顶管摩阻力公式[J]. 张鹏,谈力昕,马保松. 岩土工程学报. 2017(11)
[2]基于管土接触特性的顶进力计算模型分析[J]. 张鹏,马保松,曾聪,谈力昕. 岩土工程学报. 2017(02)
[3]顶管泥浆套的物理性质对顶推力的影响[J]. 喻军,李元海. 土木工程学报. 2015(S2)
[4]考虑泥浆套不同形态的顶管管壁摩阻力计算公式[J]. 王双,夏才初,葛金科. 岩土力学. 2014(01)
[5]沈阳地区大直径顶管顶力预估与减阻效果的数值模拟[J]. 贾蓬,焦程龙,张雯超. 东北大学学报(自然科学版). 2013(08)
硕士论文
[1]土与地下结构变状态接触面的力学特性研究[D]. 沈杰.同济大学 2007
本文编号：3561825
【文章来源】：东北大学学报(自然科学版). 2020,41(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
顶力-顶程控制方法流程
为了研究矩形顶管施工中顶推力的变化情况，采用有限差分软件FLAC3D建立数值模型，如图1所示，其上边界取至地面，下边界及两侧横向边界取到管体外边缘各5L(L为顶管外宽度)，沿顶管顶进方向轴线长度为30 m．结合现有地铁车站出入口通道的设计施工经验可知:管体泥浆套形成困难，顶推力计算值不准确等．利用数值模拟方法对施工经验相对匮乏的矩形顶管法出入口通道在顶进过程中的顶力进行预估，值得说明的是研究重点主要集中在顶管管体单元，而不是土体单元．采用实体单元模拟管节及土体，网格划分详见图1．垂直于顶进方向为x轴(0～77 m)，平行于顶进方向为y轴(0～30 m)，沿深度方向为z轴(0～30 m)．矩形顶管尺寸为6.9 m×4.2 m，壁厚为0.45 m，结合现有顶管机，同时可以满足常规地铁车站出入口功能．建立顶进方向(y)分别为1.5,6,9,15,21,24,30 m的7种计算模型并进行研究，将顶推力预估结果进行对比．具体模拟过程如下:(1)计算初始应力场;(2)将计算平衡后的位移、速度、塑性区清零以消除边界影响作为模拟的初始状态;(3)按照顶进1.5 m(每节管节)作为一个施工步，施加法向应力0.2 MPa，变化梯度为0.0125 MPa的注浆压力，然后移除注浆压力，并在注浆层和管节所在位置处激活单元并赋予参数;(4)在管节单元与在等代层单元间定义Interface单元，并赋予参数;(5)在首节管体横截面端部施加沿开挖方向大小为1 M Pa的顶推力．通过FLAC3D内嵌的FISH语言编程，实现顶力-顶程的控制，依次计算顶进全部管节．在实际工程中，主千斤顶油表实时显示顶推力值;管体是否顶进到目标位置都是施工中关注的重点，这与本文提出的顶力-顶程控制法的模拟思路是相符的．
剪切位移分布图
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑泥浆触变性和管土接触特性的顶管摩阻力公式[J]. 张鹏,谈力昕,马保松. 岩土工程学报. 2017(11)
[2]基于管土接触特性的顶进力计算模型分析[J]. 张鹏,马保松,曾聪,谈力昕. 岩土工程学报. 2017(02)
[3]顶管泥浆套的物理性质对顶推力的影响[J]. 喻军,李元海. 土木工程学报. 2015(S2)
[4]考虑泥浆套不同形态的顶管管壁摩阻力计算公式[J]. 王双,夏才初,葛金科. 岩土力学. 2014(01)
[5]沈阳地区大直径顶管顶力预估与减阻效果的数值模拟[J]. 贾蓬,焦程龙,张雯超. 东北大学学报(自然科学版). 2013(08)
硕士论文
[1]土与地下结构变状态接触面的力学特性研究[D]. 沈杰.同济大学 2007
本文编号：3561825
本文链接：https://www.wllwen.com/jingjilunwen/jianzhujingjilunwen/3561825.html
